结构参数优化设计(新)
腿部机械结构参数的优化设计 腿节长度的确定
根据最后出来的总体机构，该四足仿生机器人每条腿都有肩、大腿、小腿部分的
腿节，为方便表达，进行了如图的标示：
L 1、L 2、L 3——分别为腿部中肩部分、大腿部分、小腿部分的腿节长度 α、β、γ——肩关节、大腿关节、小腿关节的转角
为实现腿部机构运动时具有一定的灵活性，只具有一定的腿节数是不够的，其中各腿节的长度对总体的运动性能影响是很大的，在确定腿部总体尺寸后，对每个腿节的合理的比例分配的是相当的重要的。
以下通过分析腿节长度对腿部跨度的影响、对抬腿高度的影响、对腿部足端运动空间的影响、对腿部运动灵活性的影响来确定各腿节的长度尺寸。
1. 腿节长度对腿部跨度的影响
Θ
图中为仿生机器人腿部运动的某一瞬间，机构在空间中处于某一个位置，以坐标方程记录足端的运动轨迹：
x 跨度、y 跨度、z 跨度分别表示足端在已设坐标系中沿x 轴、y 轴、z 轴方向的跨度 x 跨度=U;（1） y 跨度=H cos θ;（2） z 跨度=H sin θ。
（3）
根据三角函数变形，用上L 1、L 2、L 3的腿节长度来表达U 和H U= L 1cos α+ L 2cos （α+β）+ L 3cos （α+β-γ）（4） H= L 1sin α+ L 2sin （α+β）+ L 3sin （α+β-γ）（5） 1.1各腿节长度对腿部在X 方向上的跨度的影响 根据（1）（4）得到
x 跨度=U= L 1cos α+ L 2cos （α+β）+ L 3cos （α+β-γ）
再用x 跨度分别对L 1、 L 2 、L 3进行求导，即可得到跨度对不同腿节长度的敏感程度，得：
1
x L ∂∂跨度= cos α，
2
x L ∂∂跨度= cos （α+β），
3
x L ∂∂跨度= cos （α+β-γ）
根据以上三个式子，比较大小可知，敏感程度由转角幅度的要求来确定，首先确定α、β、γ的变化范围： α=20度~60度 β=40度~110度 γ=30度~100度
腿部足端跨度最值可根据各关节的转角来实现（只要转角在满足要求的范围内），
虽然三角函数值得到的是一个数值范围，但是只要转角在满足要求的情况下，取最值来进行腿节长度对跨度的敏感程度的判断即可。
根据表上各腿节转角范围中的一些极限值，可以很好的比较出，各腿节长度对X 方向上的跨度的影响程度为L 3 > L 1> L 2，小腿腿节影响最为敏感。
即，在腿部总长一定，步调一致的情况下，长度比例越集中在小腿腿节上，在X 轴方向上的移动速度就越大。
1.2各腿节长度对腿部在Y 、Z 方向上的跨度的影响 与1.1同理求出描述敏感程度的式子 Y 轴方向的跨度就根据（2）（5）得到
y 跨度=H cos θ= [L 1sin α+ L 2sin （α+β）+ L 3sin （α+β-γ）] cos θ Z 轴方向的跨度就根据（3）（5）得到
Z 跨度=H sin θ= [L 1sin α+ L 2sin （α+β）+ L 3sin （α+β-γ）]sin θ
再用y 跨度、z 跨度分别对L 1、 L 2 、L 3进行求导，即可得到跨度对不同腿节长度的敏感程度，得：
1
y L ∂∂跨度= sin αcos θ，
2y L ∂∂跨度= sin （α+β）cos θ，
3y L ∂∂跨度= sin （α+β-γ）cos θ
1
z L ∂∂跨度= sin αsin θ，2
z L ∂∂跨度= sin （α+β）sin θ，3
z L ∂∂跨度= sin （α+β-γ）sin θ
根据以上两组式子，每组3个式子都要通过比较各腿节在空间的转角的sin 三角函数值大小来确定。
腿部足端跨度最值可根据各关节的转角来实现（只要转角在满足要求的范围内），虽然三角函数值得到的是一个数值范围，但是只要转角在满足要求的情况下，取
最值来进行腿节长度对跨度的敏感程度的判断即可。
根据表上各腿节转角范围中的一些极限值，可以很好的比较出，各腿节长度对Y、
Z方向上的跨度的影响程度都为L
3< L
1
= L
2
，小腿和大腿腿节影响最为敏感。
即，在腿部总长一定，步调一致的情况下，长度比例越集中在小腿和大腿腿节上，在Y和Z轴方向上的移动速度就越大。
这里Y轴的跨度主要表现在四足仿生机器人侧向移动的速度和转身的速度，而Z轴上的跨度主要体现了四足仿生机器人在不跳跃的情况之下，穿越障碍的能力。
2.腿节长度对仿生四足机器人足端运动空间的影响
在进行仿生四足机器人的腿节参数优化设计时，主要是使到XZ平面的运动面积能够越大越好，因为工作面积越大，说明腿部的运动能力越强。
其运动空间即是腿的足尖点可到达的区域范围，其范围由关节转角和各腿节长度来决定的。
而机器人腿部足端的运动空间的求解方法主要有解析法、图解法（朱学彪，液压驱动四足机器人机械结构设计）和数值法（标注：曹毅，王树新，李群智。
基于随机概率的机器人工作空间及其解析表达），其中解析法在工程应用上来看，具有过程比较繁杂，直观性差等缺点，而图解法较其他两种方法上，直观性最强，是关于图形几何方法求解工作区域，由于本仿生四足机器人腿部的自由度还是比较少，关节数只有3个，进行简单的分组处理便可，求解过程为从足端开始，由下至上，逐步求出工作区域。
由于关节的转角范围已经给出，求区域边界时可用到关节转角的边界值，
肩部的摆动角度α=20度~60度
大腿的摆动角度β=40度~110度
小腿的摆动角度γ=30度~100度
为方便计算，在原有的总体机构上，把肩部在ZY平面上旋转的关节忽略，只针对分析腿部在肩旋转关节处于中位状态时的腿节对机器人足部XZ平面运动区域的影响。
第一步：
图示，AB为肩部L
1，BC为大腿L
2
，CD为小腿L
3
，当腿节L
1
、L
2
关节
转角保持不变，腿节L
3
上的关节转角由30度摆到100度，DD1即是足端的运动坐标点所描绘出来的轨迹。
第二步
如图2所示，腿节L 1关节转角保持一边界值，腿节L 2关节拽着原先图1所示的运动轨迹一起从转角最小值摆到最大值，形成图2阴影部分所示的运动区域DD1D3D2，关于这个区域面积的计算，图2上并有区域DED1全等于区域D2E1D3的关系，运动几何图形填补法可计算出运动区域的面积
D D 1D 3D 2S 。
由三角形余弦定理，可得：
大圆半径21R =2223232cos 1L L L L D CB +-<=2223232cos150o L L L L +- 小圆半径22R =2223232cos L L L L DCB +-<=2223232cos80o L L L L +-
DD1D3D2S =DEE1D2S
=2270(12)360R R π⨯-=232370
(2cos802cos150)360
o o L L L L π⨯-=0.40423L L π
第三步：
如图3所示，腿节
1
L关节拽着原先图2所示的阴影面积一起从转角最小值20度摆到最大值60度，图中的阴影部分就是所要求的仿生机器人足端运动区域。
为了方便计算出阴影部分的面积，该部分被分为三部分，第一部分为竖直阴影线的DD1D2部分，第二部分为斜阴影线标示的D2D1D1’D2’部分，第三部分为竖直阴影线标示的D2’D1’D3’，各个部分之间有如下关系：
1.第一部分和第三部分之和等于图2阴影部分的面积；
2.第二部分的求解以大圆为半径的40度扇形减去以小圆为半径的40度扇形的面积。
= S S
+
第一部分第三部分0.404
23
L L
π
222
== R X Z
+
大跨距跨距[L
1
cos20+ L
2
cos（20+40）+ L
3
cos（20+40-30）] 2+
[L
1sin20+ L
2
sin（20+40）+ L
3
sin（20+40-30）] 2
222
=x= r z
+
小跨距跨距[L
1
cos60+ L
2
cos（60+110）+ L
3
cos（60+110-100）] 2+
[L
1sin60+ L
2
sin（60+110）+ L
3
sin（60+110-100）] 2
S
第二部分=()
22
2312 40
=0.222( 1.13) 360
R r L L L ππ
⨯-+
大小
1.04L
S =总S 第二部分+=S S +第一部分第三部分0.63523L L π+0.25121L L π
观察得到的式子发现，率先满足比重大的前半部分，优先使2L =3L。
橡胶悬置元件结构参数优化设计方法
２ ）将结 构 设 计 参 数 与 三个 方 向的 刚度 关 系作 为 样 本来 训练 Ｂ Ｐ神 经 网络 ， 以获得 设 计参 数 与三 个 方 向
析结 果 。然后 用遗传 算 法进 行 优胜 劣 汰 的寻优 搜 索运 算 ， 出最 优解 。 求
１ 遗传 算 法和 神 经 网络 的橡 胶 悬置 元 件结 构
优 化 策 略
将 神经 网络与遗 传算 法 结 合进 行 橡 胶悬 置 元 件结 构优化 设计 的基 本思想 为 ： １ ）一 次性 进 行 若 干具 有 不 同设 计 参 数 的有 限元 分析 ， 得到 结构 设 计 参 数 与 三 个 方 向 的 刚度 之 间 的对
劣汰的寻优搜索运算 ， 求出最优解。优化结 果表明 ， 橡胶悬置元件结构参数优化设计方法是可行 的。 关键词 ：橡胶悬置元件 ； 结构参数 ； 优化设计 ； 传算 法 ； 遗 神经 网络 中图分类号 ：Ｔ ３ １９ Ｐ ９ ． 文献标识码 ：Ａ
发动 机动 力总成 是通 过 悬置 元 件 与 车架 连 接起 来 的。悬置 元件 是 一 种 弹 性 元 件 ， 性 能 的好 坏 直 接 影 其
刚度 的非线 性全 局 映射 关 系 。 ３ 建立 优化 模型 ， ） 利用 神经 网络 建立 的映 射关 系
计 算 目标 函数值 。 ４ 利用 遗 传算法 进行 优胜 劣 汰 的 寻优 搜 索运 算 ， ）
求 出最 优解 。
下老 化速 率对 拉 伸性 能 的影 响进 行 了研 究 。在 国 内 ， 马 海 军 等 人 应 用 机 械 系 统 动 力 学 仿 真 分 析 软 件
电控喷油器关键结构参数正交试验优化设计
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ ． ２ ，Ｎｏ ８ １３ ．
Ａｕｇ ．，２ ０ ０１
ＳＨＩ ＣＩ Ｐ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
电控 喷 油 器关 键 结构 参 数 正 交 试 验 优 化 设 计
浦卫华 ， 王 锋 ， 平 涛 ， 建新 ， 徐 张 睿
ｏ ｅ ｏ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ａａ ｔｒ ，ｈｓｏ ｔ ｚ ｅｕｔｃ ｕｄｂ ｅ ｉｎｂ ｓｓｆｒｆｒ ｅ ｊｃｏ ａ ａ ｔｒ ｆ ｈ ５ ｎ ｎ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｒｍｅｅｓ ｔｉ ｐｉ ｅｒ ｓ ｌ ｏ ｌ ｅａｄ ｓ ａ ｉ ｏ ｕｔ ｒｉ ｅ ｔｒ ｒｍｅｅ ｔ ｐ ｍｉ ｇ ｈ ｎ ｐ ｔ ｄ —ｆ，ｅｆｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｎｅ ｔｒｗ ｓｅ ｓ ｒｄ ｒ ｅ ｏ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｆｔｅｉｊｃｏ ａ ｎ ｕ ｅ ． ａ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍｍｏ ａｌ ｌｃｒｎｃ ｃ ｎｒｌ ｄ ｉｊ ｃｏ ；Ａｍｅ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｎ ｒｉ；ｅｅ ｔ ｉ ｏ ｔ ｌ ｎｅ ｔｒ ｏ ｏｅ ｓｍ；ｏｔｏ ｏ ａ ｅｔ ｒ ｇ ｎ ｌｔｓ ｈ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｏｐ ｒｔ ｎ ｒ ｃｐｅ ｎ ｃ ａ ａｔｒ ｔ ｏ ａ ｅ ｔｐ ｃ ｍｍｏ ｒｉ ｎｅ ｔｒ ｕ ｅ ｉ ｓｒ ｃ ： ｅａｉ ｐ ｉ ｉｌ ｏ ｎ ａ ｄ ｈ ｒｃｅｉ ｉ ｆ ｎ ｗ ｙ ｅ ｏ ｓｃ ｎ ａｌ ｊｃｏ ｓ ｄ ｎ ｉ ｄｓ ｉｕｅ ｏ ｉｔ ｂ ｔｄ ｃ ｍｍｏ ａｌｓｓｅ ｅｅ ｉｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ Ｎｕ ｒ ａ ｍｏ ｅ ｆｔｅ ｉｊｃｏ ａ ｕ ｌ ｒ ｎ ｒｉ ｙ ｔｍ ｗ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ． ｍｅｉ ｌ ｄ ｌｏ ｈ ｎｅ ｔｒ ｗ ｓｂ ｉ ｏ ｃ ｔ
复合外墙板结构的优化设计
０ 前 言
严寒地区平均传热系数 ： ． （ Ｋ ≤０ ｗ／ ・ ） ４ ｍ 非采暖地区平均传热系数 ： １ （ Ｋ ≤ｌ Ｗ／ ・ ） ０ ｍ
从 这 些 技术 指 标 可 以 看 出 ，就 是 要 在 保 证 承 载 力
随 着 建设 事 业 的发 展 ，乡村 建 设 将 逐 步 成 为 我 国 经 济 建 设 的一 个 重 要 内容 。 了满 足 乡村 建 设 的 需要 ， 为
抗弯曲承载力。中间一层为芯层 ， 它有两个作用 ： 一是 提高复合外墙板的保温隔热性能 ；二是将两个面层粘
结在 一 起 ， 成一 个 整 体 。 形
选择都还是经验性的 。本文对复合外墙板的优 化设计
进 行 了研 究 。 随 着 科学 技 术 的 发 展 ，性 能 指 标 多 元 化 是 一个 必 然 的趋 势 。 因此 ， 研究 如何 协 调各 种 性 能 之 间的 关 系有 着 特 别 重要 的意 义 ，也是 现 代 材 料 科 学 的 一个 十 分重
多物理场结构优化设计新工具——CAXA 3D 实体设计与CAXA CAE
多物理场结构优化设计新工具——CAXA 3D 实体设计与CAXA CAE摘要：结构的优化和设计需要CAD和CAE技术的配合。
为了省去不停切换CAD和CAE工具的麻烦，以及减少模型输入、输出引入的误差，当前CAD和CAE技术发展的一个重要趋势是在CAD中集成CAE技术。
这样的集成工具可为工程师提供统一的设计环境，明显提高优化和设计的准确性和效率。
但是现有CAD和CAE集成工具一般存在以下问题：1）CAD与CAE交互性不够好。
它们有的在CAD中更改模型后需要重新进行CAE设置；或者对CAE的设置比较复杂。
2）集成的CAE功能有限，不能准确分析复杂非线性问题。
针对这些问题，CAXA推出CAXA 3D实体设计和CAXA CAE集成设计环境。
它具有以下特点：•CAXA 3D 实体设计和CAXA CAE有良好的交互性。
完成一次CAE分析后，如再次更改模型，仅需单击3个键就可以重新分析、并观察模型改变后分析结果的变化。
•CAXA CAE使用独有的Sefea（富应变有限元）技术。
使用这种技术，分析可以达到二阶元素的精度，而求解成本只相当于一阶元素。
它还能帮助入门级工程师达到专家级分析精度。
[1]•CAXA CAE直接耦合固力、热传、流体、电磁等多物理场，对非线性耦合问题求解更加准确。
[2]文中将用实例展示CAXA 3D 实体设计与CAXA CAE集成工具在多物理场结构优化设计中的应用。
文中还将讨论CAXA CAE技术与传统CAE技术相比，在分析精度或分析速度上的提高。
关键字：CAD/CAE 集成；CAXA CAE；轻量化；优化；多物理性背景介绍航空航天器是能在大气层内或太空中运行的各类飞行器。
航空技术的发展促进了交通运输的变革，并极大地影响了人类的生活。
如飞机作为一种新的交通工具，促进各国的交流和产品的快速运输，此外，它还担负起拍摄、调查、除虫、灭火等功能。
航天技术的发展更是为人们产生了巨大的经济和社会效益。
它可用于通信、测绘、搜索、导航、气象预报等。
张弦梁结构刚度参数分析与优化设计
张弦梁结构刚度参数分析与优化设计蒋友宝;黄星星【摘要】Stiffness analysis and optimization were performed for beam string structure ( BSS ) with the finite element method since it lacks sufficient discussion on parameter analysis and optimization on stiffness in current studies. Multiple models were built by varying the values of the major parame-ters ( e. g. ratio of the bending stiffness of upper chord to the axial stiffness of lower chord, ratio of the axial stiffness of upper chord to that of lower chord, height-to-span ratio and cable area of lower chord) of a beam string structure. The corresponding analysis was performed, and the effects of the major parameters on the global vertical stiffness and the suggestion on stiffness optimization were ob-tained. The results show that, within the mentioned ranges of the parameters, the stiffness of BSS is nearly proportion to its lower chord area when the height-to-span ratio, ratio of axial stiffness of up-per chord to that of lower chord and slenderness of upper chord are given;that it is recommended to adopt a large height-to-span ratio, a large sag-to-span ratio of cable and a small axial stiffness ratio of upper chord to lower chord for BSS design in order to obtain a large stiffness based on economic optimization.%针对现有关于张弦梁结构基于刚度的参数分析和优化研究较为缺乏的不足，采用有限元方法对此问题进行研究。
ansys结构优化设计
3.2 建立优化分析的参数
完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果 在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用分 析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分析 方法的起点，且对于优化过程参数在数据库中可以在GUI下 进行操作，便于定义优化变量。
3.3 进入OPT指定分析文件
2.4 Ansys优化算法
ANSYS提供了两个优化算法：零阶方法和一阶方法。由前 面步骤可知，优化设计的计算过程中，需计算目标函数和状态 变量的值，这些函数值称为零阶值；目标函数和状态变量对设 计变量的一次微分值，称为一阶值。同理，二次微分值称为二 阶值。一个优化算法如果只用到零阶值则称为零阶方法(只用 到因变量，而不用到它的偏导数)；如果用到一阶值（但不会 用到二阶值），则称为一阶方法；同理，如果会用到二阶值则 称为二阶方法。 在计算时间上，依次是计算零阶值最节省时间、计算一阶 值次之、计算二阶值最耗时间，而且三者的差别是以n（设计 变量数）的倍数增加；也就是说计算一阶值是计算零阶值的n 倍时间，计算二阶值是计算一阶值的n倍时间。从另一方面来 比较，在计算精度与收敛性上，则依次是二阶方法优于一阶方 法，而一阶方法优于零阶方法。整体的效率而言，零阶方法通 常还是较有效率的，一阶方法次之，二阶方法则是最没效率的。
1 什么是优化设计
1.1 优化设计的数学模型
优化设计简单地来说就是由计算机自动地去计算得到设计参 数，并且同时符合两个要求：第一是限制条件(constraints)， 譬如结构物的应力不得超过容许值；第二是某个特定的目标 值(如结构物的总重量、面积、体积、费用)必须最小化或最 大化。可以用下列数学模式来表示优化设计的目的。
1.3 设计空间和设计序列
设计变量组成的空间称为设计空间(design space)，设计最 佳化的目的相当于在此设计空间中去搜寻一个最佳的点。设计 空间上的每一个点代表一种可能的设计变量组合，称为一个设 计序列(design set)。满足所有约束条件的一个设计序列称为可 行设计(feasible design)，所有可行设计的集合是此设计空间中 的一个区域，称为可行区间(feasible region)。在所有可行区中， 使得目标方程最小的设计即称为优化设计。更广泛地来说，如 果有n个设计变量，则设计是一个n维空间，可行区间则处于此 n维空间的某一区域。 在某些情况下，有可能并不存在可行区间，也就是设计空 间中没有任何点同时满足所有约束。这个问题是无解的，不过 ANSYS会帮你找一个最能满足约束的设计，此时得到的结果不 称为优化设计而称为最好设计。优化设计必然是一个最好设计， 但是最好设计并不一定是优化设计。
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
压电结构电气转换装置气路参数优化设计
图 ２ 锥形节流 阀结构
３ 气路参数优化设计
３ １ 气 路 正 交 试 验 的 参 数 选 择 和 分 析 ．
复合 圆盘 上 片压 电 片 极 化 方 向 与 外 电场 方 向 相
同， 片极 化方 向与外 电场 方 向相 反 ， 下 在外 电压 作 用下上 片收缩 ， 片伸 长 ， 电圆盘 向下 弯 曲。通 下 压 过控制外 加 电压控 制 双 晶片 与 喷 嘴 之 间距 离 ， 来 调控背压 室 气压 ， 压 室气 压 对 喷嘴 挡 板 间 隙 变 背
面积 。
压
通信 技 术 、 制技 术 的发 展 ， 控 电气 转 换 器 、 定位 器 正逐渐取 代 传 统 的机 械 结 构 向 电子 化 、 能化 方 智 向发展 ¨ 。电气 转换 元 件 的稳定 性 直 接 决定 了
转换器或 定 位器 性 能 的好 坏 ， 一 次 转 换器 或 定 每 位器技 术 的更新 都 和转换 装置 的革 新有 着 紧密联 系， 目前 ， 国外相关 产 品 已经 突破 了传统 的机 械模
检 测 与 仪 表
化ｎｔｏｌａ化ｎｓｒ表 ｎ２０ ３ ６：ｄ～ｒ 工自 仪 ，ｓ１ ｅ （ｌ４ ４ 动及 ０ ７ｃ）３ ｔ ， ６ Ｃｏ ｒ ｎｄ Ｉ ｔｕｍｅ ｔ ｎ Ｃｈ ｍｉ ａ ｎ ｕｓ ｙ ｉ Ｉ
压 电结构 电气 转 换 装 置 气 路 参 数 优 化 设 计
李 东明 ， 颖 ， 大鹏 贾 郑
新 一代 压 电 结构 电 气 转换 器 的研 制 打 下 基 础 。
关键词 ： 压 电双 晶片 ； 电气装换装置 ； 参数 ； 优化设计
中 图分 类 号 ： Ｈ ０ 文献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： ０ ０３ ３ （ ０ ０ ０ － ４ ４４ Ｔ ７３ Ａ １０ —９ ２ ２ １ ）６０ ３） ０
多头螺旋管结构参数的优化设计研究
第４卷 ２ ０ ｌ ３
有
ＮｏｎｆｅＩＴＯＵＳ 色金属科学与工程 Ｍｅｔａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．４，Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１３
文章编号：１６７４—９６６９（２０１３）０１—００４９—０４ 多头螺旋管结构参数的优化设计研究 钟建华， 冯 凯， 唐治立 （江西理工大学材料科学与工程学院，江西赣州３４１０００）
摘 要：以多头螺旋管为研究对象，以水为传热介质，利用Ｐｒｏ／Ｅ建立不同结构参数的螺旋管实体模 型，通过ＡＮＳＹＳ中的流体传热分析模块ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ对螺旋管对流换热过程进行三维数值模拟， 研究采用正交实验的方法，探究了换热过程中螺旋管各主要结构参数对其传热性能的影响．结果表 明：对于综合换热性能评价指标ＰＥＣ－１，随螺旋管头数的增加，其值有明显的提升，当螺旋角超过４５。 时，ＰＥＣ一１的值急剧下降，而槽深的变化对其作用相对较小．通过对正交实验结果的直观及方差分 析，完成了对多头螺旋管结构的优化． 关键词：多头螺旋管；传热；数值模拟；结构参数；正交实验；ＰＥＣ一１ 中图分类号：ＴＧ３０７ 文献标志码：Ａ
Ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｒｔ ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ’Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ＺＨＯＮＧ Ｊｉａｎ－Ｈｕａ，ＦＥＮＧ Ｋａｉ，ＴＡＮＧ Ｚｈｉ－Ｌｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｐｒｏ／Ｅ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ ｓｔａｒｔ ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｓ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＦＬＯＴＲＡＮ ＣＦＤ ｉｎ ＡＮＳＹＳ．Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ（ＰＥＣ－１）ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏｉｌ ｈｅａｄ ｎｕｍｂｅｒ． ＰＥＣ——１ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｓｈａｒｐｌｙ ｗｉｔｈ ｈｅｌｉｘ ａｎｇｌｅ ａｔ ｆｏｒｔｙ－ｆｉｖｅ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｒ ｌａｒｇｅｒ．Ｔｈｅ ｇｒｏｏｖｅ ｄｅｐｔｈ ｈａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｍａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ＰＥＣ－１．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｒｔ ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｒｉａｎｃｅｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｒｔ ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ；ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ＰＥＣ－１
机械工程中的结构优化设计与研究方法
机械工程中的结构优化设计与研究方法机械工程是一门涉及机械设备设计、制造、使用和维护的学科，它在各个领域都具有重要的应用价值。
在机械设备的设计中，结构优化是一个关键的环节。
本文将介绍一些机械工程中常用的结构优化设计和研究方法。
在机械工程中，结构优化设计的目标是通过对结构形状、材料和工艺参数的优化，使得设计结构在满足一定强度、刚度和稳定性的前提下，具有更好的性能表现。
结构优化设计方法可以分为传统优化方法和基于计算机仿真的优化方法两大类。
传统优化方法主要包括经验设计法、试验法和数学优化方法。
经验设计法是一种基于设计师经验和直觉的设计方法，通过对类似结构的实例进行分析，得到设计结构的大致尺寸和材料选择。
试验法是通过设计和制作一些试验样品，通过实验测试和数据分析，确定合适的结构参数。
数学优化方法是一种基于数学模型和优化算法的设计方法，通过建立数学模型，并使用优化算法搜索最优解。
其中常用的数学优化方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。
计算机仿真优化方法是利用计算机仿真技术对设计结构进行评估和优化的方法。
常用的计算机仿真方法有有限元分析、多体动力学仿真和计算流体力学等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，将结构划分为有限数量的离散单元，并通过求解方程组得到结构的应力、应变和位移等信息。
多体动力学仿真是一种模拟物体运动的方法，通过求解质点的运动方程，得到系统的运动行为。
计算流体力学是一种用数值方法研究流体力学问题的方法，通过将流体划分为离散单元，求解相关方程得到流体的运动行为。
除了以上介绍的优化方法，还有一种新兴的优化方法是基于人工智能算法的优化方法。
人工智能算法是模仿生物智能的一种算法，常见的有神经网络、粒子群算法和遗传算法等。
这些算法在结构优化设计中被广泛应用，通过对设计变量的搜索和优化，得到更好的设计结果。
结构优化设计方法的选择与具体的工程问题有关。
在实际应用中，需要综合考虑多个因素：设计要求、经济性、可制造性等。